光课程设计光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真.docx
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光课程设计光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真
邮电大学
光学报告
学院
：
电子工程
学生
：
专业名称
：
光信息科学与技术
班级
：
光信1103班
设计名称：
光波在介质中界面上的反射与透射特性的仿真
一、课程设计目的
1．掌握反射系数与透射系数的概念；
2．掌握反射光与透射光振幅和相位的变化规律；
3．掌握布儒斯特角和全反射临界角的概念。
二、任务与要求
对n1=1、n2=1.52与n1=1.52、n2=1的两种情况下，分别计算反射光与透射光
振幅和相位的变化，绘出变化曲线并总结规律。
三、课程设计原理
光在介质界面上的反射和折射特性与电矢量的振动方向密切相关。
由于平面光波
的横波特性，电矢量可在垂直传播方向的平面的任意方向上振动，而它总可以
分解成垂直于入射面振动的分量和平行于入射面振动的分量，一旦这两个分量的
反射、折射特性确定，则任意方向上的振动的光的反射、折射特性也即确定。
菲
涅耳公式就是确定这两个振动分量反射、折射特性的定量关系式。
（1）s分量和p分量
垂直入射面的振动分量--s分量
平行入射面的振动分量--p分量
定义：
s分量、p分量的反射系数、透射系数分别为
（2）反射系数和透射系数
定义：
s分量、p分量的反射系数、透射系数分别为
（3）菲涅耳公式
已知界面两侧的折射率
和入射角
，就可由折射定律确定折射角
；进而可由菲涅耳公式求出反射系数和透射系数。
绘出如下按光学玻璃（n=1.5）和空气界面计算，在
（光由光疏介质射向光密介质）和
（光由光密介质射向光疏介质）两种情况下，反射系数、透射系数随入射角
的变化曲线。
（a）光由光疏介质射向光密介质（b）光由光密介质射向光疏介
反射光与入射光中s,p分量的相位关系：
（1）n1＜n2时，光疏入射光密
s分量的反射系数
：
反射光中的s分量与入射光中的s分量相位相反；
反射光中的s分量相对入射光中的s分量存在一个
相位突变（
=
）；
p分量的反射系数
：
在
<
围,
＞0，反射光中的p分p量与入射光中的分量相位相同（
=0）；
在
>
围,
<0，反射光中的p分量相对入射光中的p分量有π相位突变（
=
）；
（2）n1>n2时，光密入射光疏
s分量的反射系数
：
入射角
在0到
（临界角，
）的围，s分量的反射系数
＞0。
反射光中的s分量与入射光中的s分量同相位，
=0；
入射角
>
时，发生全反射，
（
）；
p分量的反射系数
：
在
＜
围，
<0，反射光中的p分量相对入射光中的p分量有π相位突变（
=
）；
在
<
<
围，
>0，反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同（
=0）；
入射角
>
时，发生全反射，
；
四、课程设计步骤（流程图）
（1）定义变量n1,n2,f1.
（2）给变量赋值,其中n1=1,n2=1.52,还有一种情况其中
n1=1.52,n2=1
（3）设计for循环，使f1每循环一次加π/1000，实现在f1每变化一次下，得
出相应的反射系数，透射系数的值，从而得出程序的循环
（4）根据程序仿真结果
五、仿真结果分析
结论：
光在介质面上的反射、透射特性有三个因素决定：
入射光的偏振态，入射
角，界面两侧介质的折射率。
（1）光波由光疏介质射向光密介质（n1a.n1（即frs=π）
b.而p分量的反射系数rp在f10,说明反射光中的p分量与入射光
中的p分量相位相同。
（即frp=0）
c.在f1>fb围，rp<0,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量π相位突变。
（即frp=π）
（2）光波由光密介质射向光疏介质（n1>n2）
a.入射角f1在0到fc的围，s分量的反射系数rs>0,说明反射光中s分量与入射
光中的s分量同相位。
（即frs=0）
b.P分量的反射系数rp在f1的p分量有π相位突变。
（即frp=π）
c.在fb0,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同。
六、仿真小结
光在介质界面上的反射、透射特性由三个因素决定：
（1）入射光的偏振态；
（2）
入射角;（3）界面两侧介质的折射率。
由rs、rp、ts、tp随入射角的变化曲线
可知，在入射角从0度到90度的变化围，不论光波以什么角度入射至界面，
也不论界面两侧折射率大小如何，s分量和p分量的透射系数t总是取正值，因
此，折射光总是与入射光同相位。
通过本次实验，掌握了反射系数与透射系数的
概念，反射光与透射光振幅和相位的变化规律，布儒斯特角和全反射临界角的概
念。
七、程序
clearall;
%n1=1;
%n2=1.52;
n1=1.52;
n2=1;
n=n2./n1;
ifn1subplot（1,3,1）
qa=0:
pi/100:
pi/2;
qb=asin（n1.*sin（qa）./n2）;
rs=-sin（qa-qb）./sin（qa+qb）;
rp=tan（qa-qb）./tan（qa+qb）;
ts=2.*cos（qa）.*sin（qb）./sin（qa+qb）;
tp=2.*cos（qa）.*sin（qb）./sin（qa+qb）./cos（qa-qb）;
plot（qa*180./pi,rs,'r',qa*180./pi,rp,'c',qa*180./pi,ts,'b',qa*180./pi,tp,'g'）
legend（'rs','rp','ts','tp'）
%rs
subplot（1,3,2）
forqa=0:
pi/1000:
pi/2
qb=asin（n1.*sin（qa）./n2）;
rs=-sin（qa-qb）./sin（qa+qb）;
ifrs<=0
Frs=pi;
else
Frs=0;
end
plot（qa*180./pi,Frs,'r'）
holdon
end
legend（'Frs'）
%rp
subplot（1,3,3）
forqa=0:
pi/1000:
pi/2
qb=asin（n1.*sin（qa）./n2）;
rp=tan（qa-qb）./tan（qa+qb）;
ifrp<=0
Frp=pi;
else
Frp=0;
end
plot（qa*180./pi,Frp,'b'）
holdon
end
legend（'Frp'）
else
subplot（1,3,1）
qc=asin（n2./n1）;
qa=0:
0.0001:
qc;
qb=asin（n1.*sin（qa）./n2）;
rs=-sin（qa-qb）./sin（qa+qb）;
rp=tan（qa-qb）./tan（qa+qb）;
ts=2.*cos（qa）.*sin（qb）./sin（qa+qb）;
tp=2.*cos（qa）.*sin（qb）./sin（qa+qb）./cos（qa-qb）;
plot（qa*180./pi,rs,'r',qa*180./pi,rp,'c',qa*180./pi,ts,'b',qa*180./pi,tp,'g'）
holdon
qa=qc:
0.0001:
pi/2;
tp=0;
ts=0;
rs=1;
rp=1;
plot（qa*180./pi,rs,'r',qa*180./pi,rp,'c',qa*180./pi,ts,'b',qa*180./pi,tp,'g'）
holdon
legend（'rs','rp','ts','tp'）
%rs
qc=asin（n2./n1）;
subplot（1,3,2）
forqa=0:
pi/1000:
qc
qb=asin（n1.*sin（qa）./n2）;
rs=-sin（qa-qb）./sin（qa+qb）;
ifrs<=0
Frs=pi;
else
Frs=0;
end
plot（qa*180./pi,Frs,'r'）
holdon
end
qa=qc:
pi/1000:
pi/2;
Frs=2.*atan（sqrt（sin（qa）.^2-（n.^2））./cos（qa））;
plot（qa*180./pi,Frs,'r'）
holdon
legend（'Frs'）
%rp
subplot（1,3,3）
forqa=0:
pi/1000:
qc;
qb=asin（n1.*sin（qa）./n2）;
rp=tan（qa-qb）./tan（qa+qb）;
ifrp<=0
Frp=pi;
else
Frp=0;
end
plot（qa*180./pi,Frp,'b'）
holdon
end
qa=qc:
pi/1000:
pi/2;
Frp=2.*atan（sqrt（sin（qa）.^2-（n.^2））./cos（qa）./n.^2）;
plot（qa*180./pi,Frp,'b'）
holdon
legend（'Frp'）
end
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